Aufgabe Urspannung Innerer Widerstand Polarisationsspannung
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Physikalisches Anfängerpraktikum Teil 2 – Elektrizitätslehre Seite 1 von 1 Versuchsvorbereitung: Versuch 4 – Messung an Spannungsquellen Harald Meixner – Sven Köppel Aufgabe Bei diesem Versuch sollen die Urspannung, der innere Widerstand und die Polarisationsspannung zweier Batterien bestimmt werden. Zur Messung wird ein xy-Plotter mit x t =a⋅t ; a=const ; y t =U t benutzt. Urspannung Die Urspannung einer Batterie bezeichnet die Spannungsdifferenz zwischen zwei Polen einer Batterie, die besteht, wenn die Batterie nicht in einem Stromkreis eingebaut sind, d.h. keine Verbindung besteht und kein Strom fließt. Da es sich um eine elektrostatische Situation handelt, ist die Messung mit einem elektrodynamischen Voltmeter prinzipiell nicht möglich. Allerdings lässt sich die Spannung dennoch auf elektrodynamischem Weg messen, in dem man die Batterie in einen Stromkreis einbindet, in dem eine zweite Spannungsquelle eine (variable) Gegenspannung aufbaut. In dem man in diesem Stromkreis den Strom misst, findet man durch stetige Variation der zweiten Spannungsquelle irgendwann eine Spannung, bei der kein Strom mehr fließt. Zu diesem Zeitpunkt haben sich die Spannungen kompensiert und man hat die Urspannung gefunden. Im Versuch wird die variable zweite Spannungsquelle durch eine konstante Spannungsquelle und einen variablen Widerstand realisiert. Innerer Widerstand Beim Einbinden einer Batterie in einen Stromkreis, mit dem der Batterie ein Strom entnommen wird, sinkt die Spannung direkt an den Polen auf einen etrwas niedrigeren Wert als der Urspannung. Dies wird auf einen inneren Widerstand einer Batterie zurückgeführt. Diese Betrachtung gilt jedoch nur für sehr kurzzeitige Stromflüsse, da ansonsten auch Polarisationseffekte nicht außer Acht gelassen werden dürfen. Der innere Widerstand wird im Experiment im gleichen Versuchsaufbau gemessen wie die Urspannung, nur dass hier noch ein zusätzlicher Schalter geschlossen wird, der einen Belastungsstromkreis, d.h.einen Widerstand und ein Strommessgerät, an die Batterie anschließt. An dem (Ur-)spannungsmessgerät wird nun die verminderte Spannung registriert, die sich beim frequentiert kurzzeitigen Öffnen- und Schließen des Belastungsstromkreisschalters bemerkbar macht. Polarisationsspannung Bei Stromentnahme aus einer Batterie baut sich in der Batterie eine Polarisationsspannung auf, die der Urspannung entgegenwirkt. Diese Polarisationsspannung ist chemischen Ursprungs, bedingt durch den Aufbau der Batterie. Es handelt sich nicht um eine konstante Spannung, sondern um einen „zeitlich ausgedehnten“ Vorgang. Die Bestimmung der Polarisationsspannung erfolgt direkt aus der aufgezeichneten Spannung, wenn man die Batterie längerfristig in einem Belastungsstromkreis lässt.
